SiO2醇凝胶干燥破裂原因

    SiO2醇凝胶在初期干燥过程中，因有足够的液相填充于凝胶孔中，凝胶体积的减少与蒸发掉的液体的体积相等，无毛细管力作用。

    当进一步蒸发使凝胶体积减少量小于蒸发掉的液体体积时，此时液相在凝胶孔中形成望月面，使凝胶承受一个毛细管压力ΔＰ，将颗粒挤压在一起，对于一个半径为ｒ，液体润湿角为θ的理想化的圆筒孔毛细管来讲，所承受的压力ΔＰ超过凝聚理论应力，凝胶塌陷破裂就会发生。

SiO2醇凝胶干燥技术介绍

    很明显，采用一般干燥过程很难阻止凝胶的收缩和破裂，要保持凝胶结构或得到块状凝胶，通常认为可采取以下六个办法：ａ．增强凝胶的机械强度；ｂ．增大凝胶的孔径；ｃ．减少液相的表面张力；ｄ．使凝胶表面疏水；ｅ．采用使气液界面消失的超临界流体干燥技术；ｆ．采用冷冻干燥法蒸发溶剂。ａ－ｄ法只能在一定程度上保持凝胶的结构，冷冻干燥可避免气液界面，但在溶剂的冷冻点处会产生破坏凝胶结构的不连续密度过渡区且在低温下溶剂从凝胶升华是一个慢的传质过程。目前普遍认为有效的消除表面张力对凝胶破坏作用的办法是在超临界流体条件下驱除凝胶中的液相。

    目前SiO2醇凝胶干燥方法主要有以下几种：超临界干燥、亚临界干燥、常压干燥、冷冻干燥。

超临界干燥

    目前制备SiO2气凝胶大多采用超临界干燥技术。超临界干燥的基本原理是：在超临界状态下，气体和液体之间不再有界面存在，而是成为界于气体和液体之间的一种均匀的流体。这种流体逐渐从凝胶中排出，由于不存在气—液界面，也就不存在毛细作用，因此也就不会引起凝胶体的收缩和结构的破坏，直至全部流体都从凝胶体中排出，得到充满气体的，具有纳米孔结构的超轻气凝胶。超临界干燥所采用的介质目前有水、乙醇和液态CO2。水的临界温度是274.1℃，临界压力是217.6atm；乙醇的临界温度是239.4℃，临界压力是79.9atm；CO2临界温度是31.0℃，临界压力是72.8atm。从上述数据可以看出采用液态CO2作为超临界干燥的介质所要求的温度和压力低，操作安全。因此，目前制备超轻质的大块无裂纹SiO2气凝胶大多采用液态CO2作为超临界干燥的介质。

    采用液态CO2进行超临界干燥一般采用醇化的凝胶。将醇化后的凝胶装入高压釜。然后将高压的CO2气体在管路中冷却成液体后充入高压釜。充满后将高压釜缓慢升温，直至达到超临界压力。然后边缓慢升温边缓慢释放出CO2介质，直至釜内压力与外部大气压均衡，打开高压釜，取出样品，干燥。在醇凝胶与液态CO2接触过程中，凝胶孔隙中的乙醇逐渐溶于CO2，形成以CO2为主的单一溶液体系，待液相排出后，则纳米孔充满了气体，使纳米孔结构得以保持。目前超临界干燥已经是一个比较成熟的技术。